Sorry, you have been blocked
This website is using a security service to protect itself from online attacks. The action you just performed triggered the security solution. There are several actions that could trigger this block including submitting a certain word or phrase, a SQL command or malformed data.
What can I do to resolve this?
You can email the site owner to let them know you were blocked. Please include what you were doing when this page came up and the Cloudflare Ray ID found at the bottom of this page.
Cloudflare Ray ID: 80ed5b272a12f9de • Your IP: Click to reveal 45.84.122.41 • Performance & security by Cloudflare
Алгоритмы консенсуса: что это и какие бывают
В отличие от обычной базы данных, администрируемой централизованно, блокчейн представляет собой одноранговую децентрализованную сеть, с которой может взаимодействовать любой участник. Классический блокчейн построен на криптографии и представляет из себя последовательную цепочку блоков данных. Блоки записываются один за другим, и в зависимости от того, каким именно образом они записываются в цепочку, блокчейн обладает теми или иными определенными базовыми свойствами. Каждый следующий блок “запирает” предыдущий, поэтому данные в цепочке не могут быть изменены «задним числом», иначе пришлось бы переписывать весь блокчейн.
Большинство блокчейнов децентрализованы, то есть в сети присутствует какое-то количество независимых друг от друга компьютеров (узлов), которые и отвечают за запись в цепочку новых блоков, они формируют блокчейн и поддерживают его работоспособность.
Для того, чтобы система работала и, учитывая, что узлы блокчейна не зависят друг от друга, очевидно, что у каждого узла должны быть определённые правила, согласно которым он осуществляет валидацию транзакций и запись блоков в цепочку. При этом эти правила должны быть едины для всех узлов. Так и есть. Эти правила называются алгоритмом консенсуса блокчейна.
Алгоритм консенсуса блокчейна — это совокупность принципов и правил, благодаря которым все участвующие в сети узлы (ноды) автоматически приходят к консенсусу о текущем состоянии сети. Таким образом гарантируется безопасность сети, то есть достоверность всех хранящихся в ней данные.
Несложно заметить, что названия большинства алгоритмов начинаются со слов “доказательство чего-либо” (proof of). Как уже было отмечено выше, каждый следующий блок цепи “запирает” предыдущий, так обеспечивается безопасность данных в блокчейне. Каждый новый блок добывается одним из узлов сети и транслируется всем остальным узлам. Для того, чтобы этот блок был принят и записан в блокчейн, узел предоставляет остальным участникам определенные доказательства. Какие именно доказательства — зависит от алгоритма.
На сегодня существует определенное количество алгоритмов консенсуса и периодически появляются новые. Разные алгоритмы используются в зависимости от конкретных целей и задач, которые ставят перед собой разработчики при построении блокчейна. Основная причина, подталкивающая разработчиков к совершенствованию алгоритмов и разработке новых — это желание решить трилемму блокчейна. Давайте рассмотрим некоторые наиболее распространённые из алгоритмов консенсуса, использующиеся сегодня в блокчейнах.
Это самый известный и один из самых распространённых алгоритмов консенсуса. По сути с этого алгоритма и началось развитие отрасли. Proof-of-Work расшифровывается как «доказательство работы».
При формировании очередного блока узел (майнер) выполняет большое количество математических расчетов по поиску хеша криптографической функции, который в свою очередь предоставляет сети в качестве доказательства проделанной работы (вычислений).
PoW стал прорывом для своего времени и позволил запустить первые криптовалюты. Алгоритм PoW используется, например, в блокчейне Bitcoin. Он обеспечивает отличный уровень децентрализации (любой желающий может присоединиться к сети и стать майнером) и безопасности (Bitcoin практически невозможно взломать, объём вычислительных мощностей, понадобившихся бы для взлома, на практике сегодня просто невозможно собрать). Это основные преимущества алгоритма PoW, но есть и недостатки:
- высокие затраты электроэнергии. С ростом сети и особенно, если алгоритмом предусмотрена какая-нибудь инфляционная модель, сложность майнинга увеличивается, компьютеры потребляют больше энергии, соответственно растут и совокупные энергозатраты сети
- низкая пропускная способность. Необходимость выполнения большого количества вычислений требует существенных временных затрат, поэтому пропускная способность сети при реализации алгоритма PoW невысока
- высокие комиссии. С развитием сетей на PoW появился эффект централизации. Отдельные майнеры стали объединяться в пулы для повышения результативности майнинга, сложность майнинга стала повышаться, комиссии за транзакции стали избыточно высокими для массового использования
Недостатки базового аглоритма PoW стимулировали сообщество к поиску поиску новых решений, так стали появляться новые алгоритмы консенсуса.
Второй по популярности алгоритм консенсуса, расшифровывается как «доказательство доли владения». В PoS нет майнинга, вместо вычислительных мощностей в качестве доказательств выступают определенные “замороженные” объемы криптовалют, принадлежащие соответствующим узлам. Эти узлы называются нодами или валидаторами, их объём замороженной криптовалюты — стейком, и чем больше у конкретного узла криптовалюты, тем выше вероятность подтвердить транзакцию, а значит, получить вознаграждение.
На алгоритме PoS работают многие известные блокчейны, например Etherium (версия 2.0, после недавнего перехода с Pow на Pos), Binance Smart Chain, Cardano, Tron и другие.
PoS лишен таких недостатков PoW, как высокое энергопотребление, необходимость специализированного/мощного оборудования. Комиссии в сетях PoS ниже, а пропускная способность гораздо выше. Однако у PoS есть и недостатки. Главный из них — угроза централизации. Есть риск консолидации большого объёма криптовалюты ограниченным количеством валидаторов, в этом случае они будут иметь возможность влиять на сеть.
Это разновидность вышеописанного алгоритма PoS, расшифровывается как «делегированное доказательство доли владения». Основное отличие алгоритма от классического Pos — это попытка избавить алгоритм от его основного недостатка, то есть от риска централизации. В DPoS право валидаторов одобрять транзакции делегируется им держателями монет, при этом держатели голосуют за того или иного валидатора. Любой участник сети, обладающий определенным объёмом криптовалюты, может стать валидатором, но также в любой момент голоса за этого валидатора могут быть отозваны в пользу другого. DPoS в свою очередь также не лишён недостатков. В частности, риск представляет низкая активность участников сети, тогда DPoS превращается в PoS, ну и сговор делегатов тоже не исключён.
Среди известных блокчейнов с алгоритмом DPoS такие как EOS, Tezos и другие.
Этот алгоритм также является модификацией классического PoS, расшифровывается как «арендованное доказательство доли владения». Алгоритм отличается от PoS и DPoS тем, что доля криптовалюты может быть арендована. При LPoS валидаторами могут стать даже мелкие участники. Все участники сети могут передавать (делегировать) свою криптовалюту соответствующим валидаторам. При этом непосредственно переводов не происходит, криптовалюта остаётся в кошельках у владельцев, но замораживается. Естественно токеномикой блокчейнов предусматриваются механизмы мотивации для всех участников сети. LPoS не убирает риск централизации. При этом алгоритме крупные валидаторы могут арендовать достаточное количество криптовалюты для монополизации сети. Пример использования LPoS — блокчейн Waves.
Это алгоритм консенсуса сети, который основывается на “авторитете” валидаторов. Расшифровывается как «доказательство полномочий». В качестве доказательств валидаторы используют собственную репутацию. Валидаторы выбираются участниками сети путём голосования, обычно их количество фиксировано. В отличии от PoS и DPoS валидаторы не получают награды за стейкинг, это основной недостаток PoA, у валидаторов отсутствуют стимулы и мотивации для участия, поэтому чаще всего алгоритм PoA используется в частных блокчейнах, где вопрос децентрализации не сильно актуален.
Этот алгоритм основывается на “значимости” валидатора («доказательство значимости»). При подтверждении транзакций алгоритм принимает во внимание не только объём “замороженных” средств в криптовалюте, но и активность валидатора. Оцениваются такие параметры, как количество проведённых транзакций, время в сети (доступность онлайн). Чем больше доля валидатора и его активность, тем значимее он для сети. Один из примеров блокчейнов, которые используют PoI — NEM.
Это алгоритм, основанный на дисковом пространстве, он так и расшифровывается: “доказательство пространства”. В качестве основного ресурса для доказательства участники используют свободное пространство своих жёстких дисков, которое резервируется под специальные функции блокчейна, например заполнение хеш-кодами для последующей валидации блоков. На этом алгоритме работает Burstcoin.
Это разновидность алгоритма Proof-of-Space, которая учитывает ещё и время. Основная мысль создателей в том, что вклад участников в сеть важно оценивать не только по делегированному дисковому пространству, но также и по затратам времени, на протяжении которого это дисковое пространство было делегировано. На этом алгоритме работает Chia.
Это алгоритм консенсуса от компании Intel, расшифровывается как «доказательство затраченного времени». Алгоритм основан на использовании набора инструкций Software Guard Extension центрального процессора Intel. Принцип работы похож на лотерею, при “майнинге” генерируется случайное время ожидания для блока, нода “засыпает” ровно на это время, первая проснувшаяся нода получает право валидации блока. SGX следит за тем, чтобы время выбиралось действительно случайным образом.
Данный алгоритм не распространён, он используется в частных блокчейнах и требует обязательного наличия процессоров Intel с набором инструкций SGX.
Этот алгоритм подразумевает “сжигание” криптовалюты, он так и расшифровывается: “доказательство сжигания”. При PoB майнер отправляет криптовалюту на специальный “тупиковый” кошелёк (к этому кошельку, например, отсутствуют приватные ключи, то есть нет доступа). Таким образом определённый объём криптовалюты выводится из обращения, то есть “сжигается”. После доказательства сжигания для майнера увеличивается вероятность получить право создания следующего блока и, соответственно, получить за это награду.
Для майнинга при PoB не требуется больших вычислительных мощностей, а сжигание криптовалюты стимулирует рост цены этой криптовалюты, потому что как правило эмиссия ограничена. Этот алгоритм очень специфичен, подходит далеко не каждому блокчейну. Он используется, например, в XCP.
Потенциал технологии блокчейн не оставляет сомнений в том, что её внедрение и совершенствование будут усиливаться. Для публичных блокчейнов жизненно необходимо сообщество участников, которые обеспечивают работоспособность сети. Алгоритм консенсуса обеспечивает логику функционирования блокчейна и через токеномику стимулирует участников. Существуют различные алгоритмы, каждый из них обладает определенными преимуществами и недостатками. В этой статье рассмотрены одни из самых популярных алгоритмов, кроме указанных выше существуют еще PoWt, PoH, DAG, DBFT, SBFT, PBFT и другие. Разработчики в погоне за решением трилеммы блокчейна совершенствуют алгоритмы консенсуса, разрабатывают новые, поэтому уверен, самое интересное в развитии технологии блокчейн у нас ещё впереди.
Больше информации о криптовалюте, моих инвестициях и сделках в Telegram-канале.
Обзор 9 алгоритмов блокчейн консенсуса
Вероятно благодаря биткоину, алгоритм консенсуса PoW является наиболее известным способом подтверждения транзакций. Основная мысль состоит в том, чтобы узлы блокчейн сети, подтверждающие транзакции, проделывали достаточно сложную вычислительную работу (просчет алгоритма), результат работы которого был бы легко и быстро проверяем другими узлами сети.
Первый узел, который полностью провел все необходимые вычисления, получает вознаграждение от блокчейн сети. Все узлы борются между собой, наращивая емкость вычислительных ресурсов, чтобы оказаться тем самым, первым узлом, получившим вознаграждение.
Основным недостатком этого алгоритма являются:
— бессмысленные энергетические затраты: большое количество узлов производят вычисления, но в реальности только один, первый, проводит успешную работу и получает вознаграждение.
Один из самых популярных алгоритмов консенсуса в блокчейн сетях. В этом алгоритме создателем следующего блока в цепочке блоков выбирается узел, который обладает бОльшим балансом — количеством ресурсов, например, монет в криптовалюте. За само создание блока узел вознаграждение не получает. Вознаграждение выплачивается за проведение транзакции.
Возможные варианты выбора узла:
— случайным образом из наиболее «богатых» узлов;
— случайным образом из наиболее старых узлов.
Основными преимуществами являются:
— существенное снижение потребления электроэнергии (относительно PoW метода);
— для создания атаки Double-spending необходимо сконцентрировать больше 50% от общего количества всей валюты, что будет стоить огромного состояния. В том случае, если же атакующий все же сможет сконцентрировать такое количество средств, он своими действиями нарушит баланс и сам больше пострадает от своей же атаки.
Основными недостатками являются:
— мотивация в концентрации средств, что может приводить к централизации сети.
Одна из разновидностей алгоритма консенсуса Proof-Of-Stake, в которой блоки подписывают выбранные представители. Владельцы наибольших балансов выбирают своих представителей, каждый из которых получает право подписывать блоки в блокчейн сети. Каждый представитель, обладающий одним или более процентами от всех голосов, попадает в совет. Из сформированного «совета директоров» по-кругу выбирается следующий представитель, который и подпишет следующий блок. В том случае, если по какой-либо причине представитель пропустил свою очередь в подписании, он лишается делегированных голосов и покидает «совет директоров», после чего на его место выбирается следующий наиболее подходящий кандидат.
Владельцы балансов, делегируя свои голоса, никоим образом не теряют над ними контроля, так как в любой момент могу их отозвать у своего представителя.
Основными преимуществами алгоритма DPoS являются:
— держатели балансов имеют возможность делегировать свои голоса, при этом не передавая сам баланс,
— держатели балансов имеют возможность получить дополнительный доход от их владения,
— минимизация издержек на поддержку блокчейн сети. В отличие от классического PoS, снижается количество «ненужной работы» при выборе следующего голосующего.
Как ясно из названия, LPoS — еще одна модификация алгоритма Proof-of-Stake. На данный момент он поддерживается только платформой Waves. В рамках этого алгоритма, любой пользователь имеет возможность передавать свой баланс в аренду майнинг-узлам, а за это майнинг-узлы делятся частью прибыли с пользователями. Таким образом, данный алгоритм консенсуса позволяет получить доход от майнинговой деятельности, не ведя самого майнинга.
Иногда еще называемый Proof-of-Space (PoSpace), еще один алгоритм консенсуса. Я нашел только одну блокчейн платформу, которая поддерживает данный алгоритм, это Burstcoin. PoC работает по следующему принципу:
— каждый майнер вычисляет достаточно большой объем данных, который записывается на дисковую подсистему (жесткий диск, облачные системы хранения) узла. Такой первоначальный набор данных в PoC называется «участок».
— для каждого нового блока в блокчейне, майнер читает небольшой набор данных (1/4096, что приблизительно составляет 0.024%) от своего общего сохраненного объема и возвращает результат (дедлайн), как прошедшее время в секундах с момента создания последнего блока, после которого майнер сможет создать новый блок.
— майнер, получивший минимальное время дедлайна, подписывает блок и получает вознаграждение за транзакции.
Таким образом вычислительные ресурсы необходимые майнеру для этой работы ограничены временем, которое необходимо для чтения файлов из дисковой подсистемы. Именно этот фактор позволяет производить майнинг с достаточно высокой энергоэффективностью. Майнеры соревнуются между собой за размеры сохранных данных, в отличие от скорости работы оборудования, которая является определяющей в майнинге построенном на PoW.
Алгоритм консенсуса используемый блокчейн платформой NEM. Значимость каждого пользователя в сети NEM определяется как количество средств имеющихся у него на балансе и количество проведенных транзакций с/на его кошелек. В отличии от более привычного PoS, который учитывает только баланс имеющихся средств у пользователя, PoI учитывает как количество средств, так и активность пользователя в блокчейн сети. Такой подход вовлекает пользователей не просто держать средства у себя на счету, но и активно использовать их.
Описание алгоритма опубликовано в 2014 году, как потенциально нового и более надежного алгоритма для биткоина, информации о его имплементации я так и не нашел. Авторы алгоритма PoA попытались объединить два наиболее популярных алгоритма, такие как Proof-of-Work и Proof-of-Stake, с целью увеличения уровня защиты от потенциально возможных атак (51% attack, Denial-of-Service attacks (DoS). Принцип работы алгоритма описан ниже:
— каждый майнер блокчейн сети пробует сгенерировать заголовок пустого блока, который включает в себя хеш предыдущего блока, публичный адрес майнера, индекс текущего блока в блокчейне и nonce.
— после генерации заголовка пустого блока отвечающего текущим требованиям сложности, узел рассылает этот заголовок в блокчейн сеть.
— все узлы сети рассматривают заголовок такого блока, как данные полученные от псевдослучайных владельцев. Используя хеш разосланного заголовка блока и хеш предыдущего блока + N пресетов с использованием алгоритма follow-the-satoshi выбираются стейкхолдеры.
— каждый стейкхолдер, находящийся в онлайне, проверяет полученный, пустой заголовок блока на его корректность. Во время проверки каждый получивший заголовок проверяет является ли он одним из первых N-1 стейкхолдеров «счастливчиков» этого блока и в этом случае подписывает заголовок пустого блока своим секретным ключом и отправляет его в блокчейн сеть.
— Когда N-й стейкхолдер видит, что он должен стать подписантом этого блока, он, в дополнение к заголовку пустого блока, добавляет блок с включенными транзакциями (количество включаемых транзакций он выбирает сам), все подписи N-1 от других стейкхолдеров и подписывает блок.
— Стейкхолдер N рассылает новый, подготовленный блок. Узлы получают этот блок, убеждаются в его законности и добавляют этот блок в блокчейн.
— Премия за транзакции, которую получил N-стейкхолдер, распределяется между майнером и N стейкхолдерами «счастливчиками».
PoA алгоритм консенсуса стоящий несколько особняком от остальных алгоритмов, так как для своей работы ему не требуется иметь вообще какого-либо майнинга, как в случае с PoW или PoS. В блокчейн сети, базирующейся на PoAuthority, все транзакции и блоки проверяются посредством одобренных аккаунтов (валидаторов). Проведение транзакций и создание блоков, проходит в автоматическом режиме при помощи вычислительных мощностей валидатора.
Положительным моментом данного алгоритма является:
— отсутствие майнинга и, как следствие, существенное снижение затрат на его обслуживание.
Негативный момент использования данного алгоритма:
— как понятно из самого описания — ключевыми лицами, являются валидаторы, что приводит к централизации. Вероятно в некоторых случаях, в приватных сетях и при помощи полностью, на сколько это возможно, доверенных аккаунтов это имеет смысл.
Еще один интересный тип алгоритма консенсуса — Proof-of-Burn. При его использовании майнер отправляет монеты на случайный адрес сгенерированного хеша, потратить средства с этого адреса практически невозможно, так как вероятность подобрать к нему ключи стремится к нулю. За такое сжигание монет, майнер получает постоянный шанс найти PoB блок и получить за него награду. Шансы на майнинг увеличиваются при увеличении количества сожженных монет. Экономически этот процесс сжигания монет можно представить как покупка буровой установки для майнинга. Естественно такой алгоритм имеет смысл использовать только на поздних этапах существования той или иной криптовалюты, тогда когда есть что «сжигать» 😉 Интересной мыслью является то, что этот метод также хорошо подходит для трансфера из «старых» в «новые» криптовалюты. Например, «старая» криптовалюта находится в финальной точки своего майнинга, мы можем использовать метод PoB тогда, когда для того, чтобы получить «новую» криптовалюту, нам необходимо сжечь «старую».
Алгоритмы консенсуса
В рамках данной статьи мы рассмотрим, какие механизмы консенсуса существуют в криптоиндустрии, что это такое и как они устроены.
Для начала следует обратиться к такому процессу как майнинг, так как он появился вместе с биткоином и, как следствие, первым алгоритмом консенсуса.
Майнинг — это процесс добавления новых транзакций в блокчейн, представляющий собой децентрализованную цифровую бухгалтерскую книгу, которая фиксирует все транзакции конкретной криптовалюты. Майнинг является важным компонентом многих криптовалют, включая Bitcoin и Ethereum, и играет решающую роль в их безопасной и стабильной работе.
На высоком уровне майнинг предполагает решение сложных математических задач с помощью мощных компьютеров. Эти задачи создаются таким образом, чтобы их было очень сложно решить, но относительно легко проверить. Майнеры соревнуются в решении этих задач, и первый майнер, нашедший решение конкретной задачи, получает вознаграждение в виде новых единиц криптовалюты, а также комиссий, связанных с транзакциями, которые он добавил в блокчейн. Решение каждой задачи служит доказательством проделанной работы, поэтому этот процесс называется «доказательством работы», или Proof of Work.
Для осуществления майнинга необходимо запустить специализированное программное обеспечение на компьютере с высокими вычислительными мощностями, именуемым майнинговой установкой. Программное обеспечение выполняет ряд вычислений и пытается найти хэш — уникальную строку символов, которая идентифицирует решение задачи. Как только майнер находит правильный хэш, он передает свое решение в сеть, и другие майнеры проверяют правильность решения, выполнив те же вычисления. Если решение верно, майнер получает вознаграждение, а транзакция добавляется в блокчейн.
Майнинг — критически важный процесс для криптовалют, ведь благодаря ему добавляются новые транзакции в блокчейн и поддерживается целостность «бухгалтерской книги». Обеспечивая стимул для майнеров вкладывать свои вычислительные мощности в сеть, майнинг гарантирует децентрализованность и безопасность блокчейна, а также дает возможность вводить в оборот новые единицы криптовалюты. В то же время майнинг требует больших энергозатрат и может быть экологически неустойчивым, из-за чего создатели некоторых криптовалют ищут альтернативные методы подтверждения транзакций.
Существует несколько альтернативных методов подтверждения транзакций, их также называют алгоритмами консенсуса:
- Proof of Work (PoW). Это оригинальный алгоритм консенсуса, используемый в Bitcoin и предполагающий решение сложных математических задач с применением вычислительных мощностей. PoW вознаграждает майнеров новыми единицами криптовалюты за добавление новых блоков в блокчейн.
- Proof of Stake (PoS). Этот алгоритм требует, чтобы валидаторы держали определенное количество криптовалюты в качестве залога, который называется ставкой. Валидаторы выбираются случайным образом для подтверждения транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. Валидаторы, которые правильно выполняют свои обязанности, получают вознаграждение в виде дополнительной криптовалюты.
- Delegated Proof of Stake (DPoS). Это вариант PoS, при котором валидаторы могут быть избраны держателями токенов для подтверждения транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. DPoS обеспечивает большую масштабируемость и более быструю обработку транзакций.
- Proof of Authority (PoA). Этот алгоритм требует, чтобы валидаторы были одобрены существующими в сети валидаторами, и они, как правило, должны подтверждать свою личность. Валидаторы вознаграждаются криптовалютой за добавление новых блоков в блокчейн.
- Byzantine Fault Tolerance (BFT). Этот алгоритм разработан для работы в сети с известным числом валидаторов, и он требует, чтобы определенное число валидаторов соглашалось с подлинностью каждой транзакции. BFT используется в некоторых блокчейнах, которые зачастую применяются в корпоративных приложениях.
- Directional Acyclic Graph (DAG). Этот алгоритм используется в работе некоторых криптовалют, таких как IOTA, и позволяет осуществлять нелинейную обработку транзакций. В DAG каждая транзакция должна подтвердить две предыдущие транзакции, что позволяет увеличить масштабируемость и ускорить их обработку.
Существуют и другие алгоритмы консенсуса, только предложенные или находящиеся в разработке, включая доказательство емкости (PoC), доказательство истекшего времени (PoET) и доказательство идентичности (PoI). Каждый алгоритм консенсуса имеет свои сильные и слабые стороны и предназначен для решения различных проблем технологии блокчейн, таких как масштабируемость, энергопотребление и децентрализация.
Proof of Work
Proof of Work (PoW) — это алгоритм консенсуса, используемый во многих блокчейн-сетях, включая Bitcoin. Алгоритм PoW предназначен для обеспечения безопасности сети, подтверждения транзакций и создания новых блоков в блокчейне.
В системе PoW майнеры соревнуются в решении сложной математической головоломки с использованием вычислительной мощности, что требует значительных затрат энергии. Первый майнер, решивший головоломку, получает вознаграждение в виде новой криптовалюты и комиссии, связанной с транзакциями, включенными в блок. Затем этот майнер передает новый блок в сеть, а другие узлы сети подтверждают блок и добавляют его в собственную копию блокчейна.
Сложность головоломки регулируется для поддержания постоянной скорости создания блоков, и сама головоломка должна быть решена для каждого нового блока, добавляемого в блокчейн. Вычислительная мощность, необходимая для решения головоломки, называется хэшрейтом. Она может быть увеличена или уменьшена путем добавления или удаления майнинговых установок из сети.
Алгоритм PoW считается безопасным, поскольку решить головоломку сложно, а приобрести оборудование с вычислительной мощностью, необходимой для решения задачи, — дорого. Таким образом, простому человеку или группе людей трудно получить контроль над сетью и осуществить атаку.
В то же время алгоритм PoW имеет некоторые ограничения, такие как высокое потребление энергии, необходимое для поддержания сети, и возможность возникновения централизации, так как небольшое количество майнеров контролирует большую часть вычислительной мощности сети. Эти ограничения привели к появлению альтернативных алгоритмов консенсуса, таких как Proof of Stake (PoS) и Delegated Proof of Stake (DPoS), которые направлены на решение этих проблем.
Proof of Stake
Proof of Stake (PoS) — это альтернатива алгоритму консенсуса Proof of Work (PoW), используемому в некоторых криптовалютах, включая Ethereum. В отличие от PoW, требующего от майнеров решения сложных математических задач с использованием вычислительной мощности, PoS полагается на валидаторов, которые ставят свою собственную криптовалюту в качестве залога для проверки транзакций и добавления блоков в блокчейн.
Определенное количество криптовалюты, вносимое валидаторами в системе PoS в качестве залога, называется ставкой. Размер ставки определяет шансы валидатора быть выбранным для подтверждения следующего блока транзакций. Чем больше ставка, тем выше шансы быть выбранным. Валидаторы выбираются случайным образом для создания нового блока, их задача — проверить транзакции в этом блоке и добавить его в блокчейн. Валидаторы, которые корректно выполняют свои обязанности, получают вознаграждение в виде дополнительной криптовалюты.
Одним из ключевых преимуществ PoS является то, что он гораздо менее энергоемкий, чем PoW. PoW требует от майнеров выполнения сложных вычислений, для которых необходимо значительное количество электроэнергии, что приводит к высокому энергопотреблению и выбросам углекислого газа. Валидаторам PoS, в свою очередь, нужно только запустить узел и проверить транзакции, что можно сделать с гораздо меньшими затратами энергии.
Еще одно преимущество алгоритма PoS заключается в том, что он снижает риск централизации в майнинге. В PoW майнеры с наибольшей вычислительной мощностью имеют наибольшие шансы добавить блок в блокчейн, и это может привести к централизации, если небольшая группа майнеров будет контролировать большую часть вычислительной мощности сети. В отличие от PoW, PoS вознаграждает тех, кто владеет наибольшим количеством криптовалюты, что может помочь предотвратить централизацию.
Однако PoS не лишена своих недостатков. Одной из главных проблем является риск атаки «ничего на кону», когда валидаторы могут попытаться подтвердить расходящиеся блоки, чтобы получить вознаграждение. Для снижения этого риска в блокчейнах PoS используется механизм, называемый финализацией, который делает практически невозможным подтверждение более одного блока в данном отрезке. Среди других проблем — обеспечение справедливого распределения криптовалюты и предотвращение сговора между валидаторами.
В целом PoS является перспективной альтернативой PoW в создании более устойчивой и децентрализованной сети блокчейн.
Proof of Authority
Proof of Authority (PoA) — это алгоритм консенсуса, используемый в некоторых сетях блокчейн. В отличие от Proof of Work (PoW) или Proof of Stake (PoS), PoA не полагается на майнеров. Вместо этого PoA требует определенного количества предварительно одобренных узлов, известных как валидаторы, для подтверждения транзакций и добавления новых блоков в блокчейн.
В системе PoA валидаторы обычно выбираются на основе их репутации, реальной личности или доли в сети. Валидаторы отвечают за проверку транзакций и добавление новых блоков в блокчейн, а за свою работу они получают криптовалюту. PoA позволяет обрабатывать транзакции быстрее и имеет более высокую степень масштабируемости по сравнению с PoW или PoS, поскольку не требует энергоемкого процесса решения сложных математических задач.
Алгоритм PoA опирается на достижение консенсуса на основе идентификации. Валидаторы выбираются на основе их репутации, и это означает, что они должны иметь положительный опыт вклада в работу сети. Они также должны подтвердить свою реальную личность, что поможет предотвратить участие в сети злоумшленников. В некоторых случаях от валидаторов также может потребоваться внесение определенной суммы криптовалюты в качестве залога, который может быть конфискован в случае совершения злонамеренных действий.
Одним из ключевых преимуществ PoA является то, что он позволяет ускорить обработку транзакций в сравнении с другими алгоритмами консенсуса. Это связано с тем, что процедура добавления новых блоков в блокчейн более оптимизирована и не требует энергоемкого процесса решения сложных математических задач. PoA также эффективенее с точки зрения потребления энергии, чем PoW, который требует значительного количества электроэнергии.
Однако PoA имеет и некоторые потенциальные недостатки. Один из них заключается в том, что сеть может стать более централизованной, поскольку валидаторы утверждаются предварительно, а их количество может быть ограничено. Кроме того, PoA, основанный на идентификации, способен вызвать проблемы с конфиденциальностью, поскольку для участия в сети пользователи должны раскрывать свою реальную личность. Наконец, PoA может быть уязвима в отношении сговора между валидаторами, если они решат действовать злонамеренно.
В целом PoA является перспективным алгоритмом консенсуса для создания более быстрых и эффективных сетей блокчейн. Однако он может подойти не для всех целей использования и потребовать тщательного рассмотрения конкретных требований сети.
Byzantine Fault Tolerance
Byzantine Fault Tolerance (BFT) — это алгоритм консенсуса, предназначенный для работы в сети, где узлы могут выйти из строя или вести себя злонамеренно. Алгоритм основан на Задаче византийских генералов, которая представляет собой теоретический сценарий, когда группа генералов должна координировать атаку на общего врага, но некоторые из них могут оказаться предателями и попытаться саботировать операцию.
В системе BFT определенное количество узлов, известных как валидаторы, отвечает за проверку транзакций и добавление новых блоков в блокчейн. Валидаторы должны общаться друг с другом, чтобы прийти к консенсусу относительно подлинности каждой транзакции, даже если некоторые из узлов неисправны или ведут себя злонамеренно.
Алгоритмы BFT работают, требуя, чтобы определенное количество валидаторов согласилось с достоверностью каждой транзакции. Это число называется кворумом и обычно составляет большинство валидаторов в сети. Если валидаторы не могут прийти к согласию, то транзакция считается недействительной и не добавляется в блокчейн.
Существует несколько вариантов алгоритма BFT, включая Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) и Federated Byzantine Agreement (FBA). PBFT используется в некоторых разрешенных блокчейн-сетях, таких как Hyperledger Fabric, и требует, чтобы валидаторы общались друг с другом в одноранговом режиме для достижения консенсуса. FBA используется в некоторых публичных блокчейн-сетях, таких как Stellar, и применяет федеративный подход, при котором валидаторы группируются по различным доменам.
Алгоритмы BFT разработаны для обеспечения отказоустойчивости, а также устойчивости к атакам при условии, что кворум валидаторов честен и действует корректно. Но они могут быть менее эффективными с точки зрения производительности и масштабируемости по сравнению с другими алгоритмами консенсуса, такими как Proof of Stake или Delegated Proof of Stake.
В целом BFT — это алгоритм консенсуса, разработанный для сетей, в которых узлы могут выйти из строя или вести себя злонамеренно. BFT требует кворума валидаторов для согласования достоверности каждой транзакции, и он используется в некоторых разрешенных и публичных блокчейн-сетях для обеспечения безопасности и надежности системы.
Directional Acyclic Graph
Направленный ациклический граф (DAG) — это тип структуры данных, используемый в некоторых сетях блокчейн в качестве альтернативы традиционной линейной структуре блоков большинства блокчейн-сетей. В DAG транзакции представлены в виде узлов, и каждый узел соединен с другими узлами направленными ребрами, которые представляют порядок транзакций. В отличие от традиционного блокчейна, в DAG может создаваться несколько блоков одновременно, и каждый блок связан с одним или несколькими другими блоками.
В системе на основе DAG каждый пользователь, участвующий в сети, отвечает за проверку новых транзакций и добавление их в DAG. Этот подход известен как «безблочный», поскольку здесь нет блоков в традиционном понимании. Вместо этого транзакции организованы в графоподобную структуру с топологическим упорядочиванием, отражающим причинно-следственные связи.
Одним из ключевых преимуществ систем на основе DAG является то, что они потенциально могут предложить более быструю обработку транзакций и более высокую масштабируемость в сравнении с традиционными блокчейнами. Это связано с тем, что в системах на основе DAG нет такого «узкого места», как один майнер или валидатор, добавляющий новые блоки в блокчейн. Вместо этого транзакции могут быть подтверждены и добавлены в DAG любым пользователем, что обеспечивает параллельную обработку и большую эффективность.
Существует несколько блокчейн-сетей на основе DAG, включая IOTA и Nano. В случае с IOTA каждая транзакция должна подтвердить две предыдущие транзакции, и этот процесс подтверждения называется «выбором вершины». Это означает, что транзакции могут быть подтверждены и добавлены в сеть любым пользователем, и нет необходимости в майнинге или подтверждении.
Однако существуют некоторые потенциальные проблемы и ограничения систем на основе DAG. Одна из них заключается в том, что такие системы более уязвимы к атакам, таким как двойное расходование средств или рассылка спама, поскольку процесс проверки распределен между многими пользователями. Кроме того, структура DAG более сложная в реализации и обслуживании по сравнению с линейной блочной структурой.
В целом системы на основе DAG представляют собой многообещающую альтернативу традиционным блокчейнам и могут хорошо подойти для определенных целей, когда скорость и масштабируемость являются ключевыми требованиями. Однако они могут пригодиться не во всех случаях использования, и для полного раскрытия их потенциала необходимы дальнейшие исследования и разработки.